撓性光電元件封裝技術

摘要：隨著智慧行動裝置與可穿戴裝置的快速發展，輕薄之可撓式光電元件將是未來發展主力，其商品化成功與否之關鍵在於可撓式封裝技術之開發。由於可撓光電元件封裝需求極為嚴苛，要達到元件封裝需求與高撓曲度極為困難。目前已被驗證之可撓式光電元件封裝方式有使用超薄玻璃、預鍍阻氣層之高分子基板、薄膜封裝等方式。本文將針對各種可撓式封裝技術進行介紹，並比較不同技術之間的差異，以期能讓大家有更進一步的了解。

Abstract: Mobile and wearable consumer electronic products call for lightweight and flexible electronic devices. The key to successful commercialization of flexible electronics lies in the development of flexibility-enabling encapsulation techniques. This article gives an overview on the state-of-the-art encapsulation methods for flexible electronics, including lid-and-glue with ultrathin glass lids, lamination with pre-deposited gas-barrier films on polymer substrates, and thin-film encapsulation.

關鍵詞：可撓式光電元件、封裝、阻氣薄膜

Keywords：Flexible Electronic Device, Encapsulation, Gas Barrier

前言
近年來，隨著智慧行動裝置與可穿戴裝置的快速發展，可撓式光電元件（如有機發光二極體（OLED）與薄膜太陽能電池等）逐漸受到矚目（如圖1），此由於可撓式光電元件具有重量輕、可撓曲等優點，符合未來行動裝置與可穿戴裝置之需求（如圖2）。在市場方面，根據ITRI報告指出，至2018年可穿戴裝置之出貨量將接近兩億台（如圖3）；到2023年，穿戴式顯示器將具有高達227億美金的市場（如圖3），並且九成以上將使用軟式基板。此外，DisplaySearch估計，可撓螢幕智慧手機的市佔率將從2013年的0.2%，2015年飆至12%，2018年再暴增至40%。而在可撓太陽能電池方面，根據Business wire所做的報告，2013年後每年都將以超過三成七的成長率逐年增長，並預估在2020年將具有1600百萬瓦之發電量（如圖4）。

然而，可撓性光電元件主要以有機光電元件為主，而有機光電元件又極易受到水氧的影響而劣化，因此需要有符合需求之水氣穿透率（water vapor transmission rate, WVTR）與氧氣穿透率（oxygen transmission rate, OTR）的可撓式基板或薄膜來減少進入元件之水氧（如圖5）。現有文獻已明確訂出各種光電元件之阻氣標準，以有機太陽能電池來說，當有2×10-2 g/m2的水氣接觸到元件，元件效率便會衰退到原先的一半[1]，而Kim 等人也證實有機太陽能電池需要WVTR 10-3 g/m2day的封裝標準才能讓元件符合商業化需求。在OLED方面，Burrows等人也明確指出，用在OLED上的封裝技術需要能將WVTR降到10-6 g/m2day才能讓元件具有商業化價值[2]，因此可撓式光電元件的封裝需求極為嚴苛。因此，製備一高撓曲性之封裝技術已成為影響可撓性光電元件能否量產的之關鍵。